JP2005295460A - Filter circuit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a filter circuit in which total circuit scale is not extremely increased, a filter characteristic frequency is made variable using a simple method and a fine resolution of about 1% of a signal bandwidth over 100 times or more and further, a frequency varying step is proportional to the filter characteristic frequency. <P>SOLUTION: In an R-2R resistor circuit network 12, a path where each branched current is made to flow to an integrator capacitor 14 of the next stage and a path where each branched current is made to flow to a low-impedance analog midpoint (ground potential) Vss, and a path can be selected for each branched current by digital control bit data Bn-B<SB>0</SB>. Thus, a characteristic frequency of a filter including an integrator as its component is variable at the interval of (1/2<SP>n+1</SP>)(Gm1)/Cf from (1/2<SP>n+1</SP>)(Gm1)/Cf to ((2<SP>n+1</SP>-1)/2<SP>n+1</SP>)(Gm1)/Cf, and a setting bit width is made into 7(n=6) at a maximum, thereby easily realizing a 100-times or more characteristic frequency variation width as a result. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、たとえば連続時間アナログ集積化フィルタ回路等のフィルタ回路、特に積分器をその構成要素とするGm-C(Transconductance-C)フィルタ回路に関し、カットオフ周波数、極(pole)、ゼロ(zero)といったフィルタ特性周波数を100倍以上にわたって、しかも信号帯域幅の1%程度の微小な分解能によって可変できる方式の実現法に関するものである。   The present invention relates to a filter circuit such as a continuous-time analog integrated filter circuit, and more particularly to a Gm-C (Transconductance-C) filter circuit including an integrator as a constituent element, and relates to a cut-off frequency, a pole, and a zero. This relates to a method of realizing a method that can change the filter characteristic frequency over 100 times or more with a minute resolution of about 1% of the signal bandwidth.

従来より、主に能動素子を用いたアナログ集積化フィルタとして、スイッチドキャパシタフィルタ(SCF:Switched-Capacitor Filter)に代表される離散時間フィルタと、トランスコンダクタンス−容量(Gm-C:Transconductance-C)フィルタに代表される連続時間フィルタが広く応用されている。
離散時間アナログフィルタは、クロックによるサンプリング動作がその基本であり、その特性周波数がバラツキ、変動の極めて小さい基準クロック周波数と、さらに、マッチングが良好なキャパシタンス素子値同士の比で決まるため、結果として精度の高いフィルタ特性周波数が容易に得られるという利点がある。
その一方で、サンプリング動作に起因するエイリアシングを防止するための前置フィルタが不可欠なことや、クロックサイクル内での回路セトリングを達成するために広帯域の演算増幅器が必要で、結果として特に高周波フィルタでは消費電力が増大する傾向にあるといった欠点がある。
Conventionally, as an analog integrated filter mainly using active elements, discrete-time filters represented by switched-capacitor filters (SCF) and transconductance-capacitances (Gm-C: Transconductance-C) A continuous time filter represented by a filter has been widely applied.
A discrete-time analog filter is based on a sampling operation using a clock, and its characteristic frequency varies and the reference clock frequency with extremely small fluctuations is determined by the ratio of capacitance element values with good matching. There is an advantage that a high filter characteristic frequency can be easily obtained.
On the other hand, a pre-filter for preventing aliasing due to sampling operation is indispensable, and a broadband operational amplifier is necessary to achieve circuit settling within a clock cycle. There is a drawback that power consumption tends to increase.

これに対して、連続時間フィルタはGm-Cフィルタのようにオープンループ動作を基本とし、演算増幅器を使わない構成が可能で高速化に適しており、エイリアシングの問題も当然無い。
このため、特に高速フィルタへの用途にはGm-CフィルタやMOSFET-Cフィルタ等、あるいはそれらから派生した一連の連続時間フィルタが適しているといえる。
On the other hand, the continuous-time filter is based on open-loop operation like the Gm-C filter, can be configured without using an operational amplifier, is suitable for speeding up, and naturally has no aliasing problem.
For this reason, it can be said that a Gm-C filter, a MOSFET-C filter, etc., or a series of continuous time filters derived therefrom are particularly suitable for use in high-speed filters.

たとえばCD(Compact Disk)やDVD(Digital Versatile Disk)といった光ディスクからの信号再生系では再生信号をディジタル信号に変換する前処理として等化フィルタが用いられ、上記連続時間フィルタが使われる。
このフィルタの主目的は、光−電気変換経路で歪められたピットパターンの情報をフィルタの周波数−ゲイン特性によって補正し、ディスク上に書き込まれているピットパターン列を低エラーレートで再生することである。
For example, in a signal reproduction system from an optical disk such as a CD (Compact Disk) or a DVD (Digital Versatile Disk), an equalization filter is used as preprocessing for converting a reproduction signal into a digital signal, and the continuous time filter is used.
The main purpose of this filter is to correct the pit pattern information distorted in the photoelectric conversion path by the frequency-gain characteristics of the filter and reproduce the pit pattern sequence written on the disc at a low error rate. is there.

光ディスクからの再生信号はディスクに形成されたピットなどの物理的長さに応じてある信号周波数帯域幅を有する。一方、再生時のディスクの回転数あるいは線速度に応じて再生周波数自体は変化する。たとえば、ディスク回転数を2倍にして再生すれば、同じディスクトラックでの再生信号は2倍の周波数となる。
CDやDVDなどの光ディスクではストレージメディア間のデータコピーやバッファ再生時の転送時間短縮のため、基準となる再生周波数(言い換えれば、ディスク回転数)の数10倍で再生する用途が一般的にあり、その際は、上記等化フィルタの特性周波数もディスク回転数に比例させる必要がある。
The reproduction signal from the optical disc has a signal frequency bandwidth corresponding to the physical length of a pit or the like formed on the disc. On the other hand, the reproduction frequency itself changes according to the rotational speed or linear velocity of the disk during reproduction. For example, if playback is performed with the disc rotation speed doubled, the playback signal on the same disc track has a double frequency.
Optical disks such as CDs and DVDs are generally used for reproduction at several tens of times the standard reproduction frequency (in other words, the number of disk rotations) in order to shorten data transfer between storage media and transfer time during buffer reproduction. In this case, the characteristic frequency of the equalizing filter must also be proportional to the disk rotational speed.

具体的には、CDの基準再生時(CD1倍速)の等化フィルタのカットオフ周波数は約0.7MHzであり、DVDの基準再生時(DVD1倍速)は約4MHz、DVD16倍速では約70MHzとなる。
したがって、CD1倍速からDVD16倍速まで再生可能な信号処理系を共通の等化フィルタで実現しようとすると、フィルタのカットオフ周波数は100倍の可変幅を持つ必要がある。
Specifically, the cut-off frequency of the equalization filter at the time of standard reproduction of CD (CD 1 × speed) is about 0.7 MHz, the time of DVD standard reproduction (DVD 1 × speed) is about 4 MHz, and the DVD 16 × speed is about 70 MHz. .
Therefore, if a signal processing system capable of reproducing from CD 1 × speed to DVD 16 × speed is to be realized by a common equalization filter, the filter cutoff frequency needs to have a variable width of 100 times.

しかしなが、らこれらの連続時間フィルタは、そのカットオフ周波数、極(pole)、ゼロ(zero)といった特性周波数を決める基本パラメータが、たとえばgm /Cであり(ここに、gm はトランスコンダクタンス、Cは積分器容量を示す)、gm の値は、その回路要素であるトランジスタ自体のトランスコンダクタンスの特性を引き継いで決まり、たとえばMOSトランジスタの場合、トランジスタ自体のトランスコンダクタンスgm MOS は、次式で表される。 However, these continuous-time filters have basic parameters that determine their characteristic frequency, such as their cut-off frequency, pole, and zero, for example, gm / C (where gm is transconductance, C represents the integrator capacity), and the value of gm is determined by taking over the characteristics of the transconductance of the transistor itself as its circuit element. For example, in the case of a MOS transistor, the transconductance gm MOS of the transistor itself is expressed by the following equation. Is done.

(数1)
gm MOS =2K(VGS−VTH
(Equation 1)
gm MOS = 2K (V GS -V TH )

つまり、積分器のgm が100倍可変すると言うことは、その回路要素であるトランジスタ自体のトランスコンダクタンスgm MOS が100倍可変するということに他ならない。ここにKは定数、VGSはゲート−ソース間バイアス電位、VTHは製造時に決まるしきい値電圧である。 In other words, the fact that the integrator gm is variable by 100 times means that the transconductance gm MOS of the transistor itself that is the circuit element is variable by 100 times. Here, K is a constant, V GS is a gate-source bias potential, and V TH is a threshold voltage determined at the time of manufacture.

Kは通常、K=(1/2)μCOX(W/L)と表現されることから分かるとおり、トランジスタの物理サイズ、チャネル幅Wとチャネル長Lから決まり、キャリア移動度μやゲート酸化膜容量Coxは素子固有の値として回路設計では不可変のパラメータである。 As is apparent from the fact that K is normally expressed as K = (1/2) μC OX (W / L), it is determined by the physical size of the transistor, the channel width W and the channel length L, and the carrier mobility μ and the gate oxide film The capacitance Cox is an invariable parameter in circuit design as a value unique to the element.

実際は、チャネル長Lに対してはトランジスタ特性がリニアに変化しないことなどからLによるgm 可変コントロールは制御性が悪く、チャネル長Lを固定に、チャネル幅Wを可変してgm MOS を可変させようとするが、Wについても製造上の下限値から下限値の数倍辺りの領域ではトランジスタ特性がリニアに追従せず、自ずとトランスコンダクタンスとして使用可能な下限サイズが決まってしまう。
製造後回路動作時に物理サイズWを変化させることはできないので、実際はある基準サイズの回路を作り、図8に示すように、これを並列に動作させることで、整数比のgm を得ることになる。
しかしたとえば、上記のように100倍のgm 可変幅を持たせようとすると、並列に設置する基準サイズの回路数が甚大となり、また特に、並列化による寄生容量の増大が積分器容量値自体のコントロールを難しくしてしまう。
Actually, since the transistor characteristics do not change linearly with respect to the channel length L, the gm variable control by L has poor controllability, and the channel length L is fixed and the channel width W is varied to vary the gm MOS . However, with respect to W as well, the transistor characteristics do not follow linearly in the region from the lower limit value to several times the lower limit value, and the lower limit size that can be used as transconductance is determined.
Since the physical size W cannot be changed at the time of circuit operation after manufacturing, in practice, a circuit having a certain reference size is made and operated in parallel as shown in FIG. 8 to obtain an integer ratio gm. .
However, for example, if it is intended to have a variable gm width of 100 times as described above, the number of circuits of the reference size installed in parallel becomes enormous, and in particular, the increase in parasitic capacitance due to parallelization is caused by the integrator capacitance value itself. It makes control difficult.

一方、VGSの可変幅は高々2倍から5倍程度である。VGSの下限はひずみ特性(或いは入力ダイナミックレンジ)で決まり、上限は電源電圧と回路構成から許されるバイアス設定によって決まる。また、VGSに対するgm 特性も実際にはリニアではない。
通常、図9に示すように、トランスコンダクタGmのバイアス電流をデジタルアナログコンバータ(DAC)で可変するなどの方法が採られている。
On the other hand, the variable width of V GS is about 2 to 5 times at most. The lower limit of V GS is determined by the distortion characteristics (or input dynamic range), and the upper limit is determined by the bias setting allowed from the power supply voltage and circuit configuration. Also, the gm characteristic with respect to V GS is not actually linear.
Usually, as shown in FIG. 9, a method of changing the bias current of the transconductor Gm by a digital analog converter (DAC) is adopted.

積分器容量Cについては上記Wと同様に、製造後回路動作時に変化させることはできないので、予め並列に用意した基準容量の接続組み合わせを適宜スイッチ切り替えるなりして基本パラメータであるgm /Cを変えることになる。
この場合も、容量値可変幅はすなわち素子サイズ可変幅を意味し、寄生容量の増大、全体素子サイズの増大をもたらす。
Since the integrator capacity C cannot be changed during circuit operation after manufacturing, as in the case of W, the basic parameter gm / C is changed by appropriately switching the connection combination of reference capacitors prepared in parallel. It will be.
Also in this case, the capacitance value variable width means an element size variable width, which causes an increase in parasitic capacitance and an overall element size.

さらには、上記K、VGS、Cを同時に変化させる手法もあり得るが、寄生容量の変化も含めたgm 値に対する非線形性のため、gm 値、ひいてはカットオフ周波数、極(pole)、ゼロ(zero)といった特性周波数をリニアに変化させることはきわめて困難となる。
結果として、温度変化、電源電圧変動、素子ばらつきを含んで、フィルタ特性周波数を所望の値に設定すると言う所期の目的を達成することが難しくなる。
Furthermore, there may be a method of changing K, V GS , and C at the same time. However, because of nonlinearity with respect to the gm value including the change of the parasitic capacitance, the gm value, the cut-off frequency, the pole, zero ( It is extremely difficult to change the characteristic frequency such as zero) linearly.
As a result, it is difficult to achieve the intended purpose of setting the filter characteristic frequency to a desired value including temperature change, power supply voltage fluctuation, and element variation.

また、前出の通り、光ディスクからの再生信号はディスクに形成されたピットなどの物理的長さに応じてある信号周波数帯域幅を有する。たとえば、再生メディア(たとえばCDかDVDか)が決まり、再生時のディスク回転数が決まったとすると、再生信号周波数は約4〜5倍の帯域幅を持つ。
一例としてDVD16倍速では、再生信号は約16MHz〜70MHzの信号帯域幅を持つ。等化フィルタによる波形整形の効果は、フィルタのカットオフ周波数の設定によって変わり、帯域幅の1%程度のきざみでの周波数設定が必要とされる。
この周波数設定のきざみは、上記DVD16倍速の例では約0.5MHz、一方、CD1倍速では約5kHzとなる。
このため、常に考えうる最小の周波数きざみ幅(ここでは約5kHz)で最大の再生信号周波数(ここでは70MHz)まで可変とすることは、困難であるばかりか、望ましくなく、周波数きざみ幅が受信信号帯域に比例する方式、すなわち、対数リニアな設定ができることが望ましい。
Further, as described above, the reproduction signal from the optical disc has a signal frequency bandwidth corresponding to the physical length of pits formed on the disc. For example, if the playback medium (for example, CD or DVD) is determined and the disk rotation speed during playback is determined, the playback signal frequency has a bandwidth about 4 to 5 times.
As an example, in DVD 16 × speed, the reproduction signal has a signal bandwidth of about 16 MHz to 70 MHz. The effect of waveform shaping by the equalization filter varies depending on the setting of the cutoff frequency of the filter, and frequency setting in units of about 1% of the bandwidth is required.
The frequency setting increment is about 0.5 MHz in the above-mentioned DVD 16-times speed example, and about 5 kHz in the CD 1-times speed.
For this reason, it is difficult or undesirable to make the maximum reproduction signal frequency (70 MHz here) variable with the smallest possible frequency step width (here, about 5 kHz), which is not desirable. It is desirable that a method proportional to the band, that is, a logarithmic linear setting can be set.

以上より、従来、CD、DVDなどの光ディスク再生系のような100倍以上の特性周波数可変幅を要するアプリケーションについては、等化フィルタを複数系統用意し、切り換えるなど、回路規模の増大、信号処理の煩雑化を招いていた。   From the above, for applications that require a characteristic frequency variable width of 100 times or more, such as optical disc playback systems such as CD and DVD, a plurality of equalization filters are prepared and switched to increase the circuit scale and signal processing. It was complicated.

以上の経緯から、連続時間アナログ集積化フィルタ、特にトランスコンダクタGmとキャパシタCによる積分器をその構成要素とするフィルタに関し、総回路規模が著しく増大せず、簡便な方法で、カットオフ周波数、極(pole)、ゼロ(zero)といったフィルタ特性周波数を100倍以上にわたり、しかも信号帯域幅の1%程度の微小な分解能によって可変できる機構、さらには周波数可変ステップがフィルタ特性周波数に比例する、すなわち、周波数可変ステップがフィルタ特性周波数に対し対数リニアとなる機構が要望されていた。   From the above circumstances, regarding a continuous time analog integrated filter, in particular, a filter including an integrator composed of a transconductor Gm and a capacitor C as a component, the total circuit scale does not increase remarkably, and the cutoff frequency, pole (Pole), zero (zero) filter characteristic frequency over 100 times, and a mechanism that can be varied with a minute resolution of about 1% of the signal bandwidth, and further the frequency variable step is proportional to the filter characteristic frequency, There has been a demand for a mechanism in which the frequency variable step is logarithmically linear with respect to the filter characteristic frequency.

本発明の目的は、総回路規模が著しく増大せず、簡便な方法で、フィルタ特性周波数を100倍以上にわたり、しかも信号帯域幅の1%程度の微小な分解能によって可変でき、さらには周波数可変ステップがフィルタ特性周波数に比例するフィルタ回路を提供することにある。   The object of the present invention is that the total circuit scale does not increase remarkably, and the filter characteristic frequency can be varied by 100 times or more and with a minute resolution of about 1% of the signal bandwidth by a simple method. Is to provide a filter circuit proportional to the filter characteristic frequency.

上記目的を達成するため、本発明の第1の観点は、入力電圧に比例した電流を出力するトランスコンダクタンスと、(n+1)ビットの幅の特性周波数設定ビットデータに応じて、上記トランスコンダクタンスの出力電流の特性周波数を(n+1)のビット幅の精度で可変とする抵抗回路網と、上記抵抗回路網の電流出力ラインに入力端子が接続されたオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプと、上記オペレーショナルトランスコンダクタンスアンプの入力端子と出力端子との間に接続された積分器容量と、を有し、上記抵抗回路網は、上記トランスコンダクタンスの出力電流を伝搬させる電流伝搬ラインに形成された(n+1)個の分岐ノードと、上記各分岐ノード間にそれぞれ接続されたn個の第1の抵抗素子と、対応する上記分岐ノードに一端がそれぞれ接続された(n+1)の第2の抵抗素子と、最終段の上記分岐ノードと低インピーダンスアナログ中点電位との間に接続された第3の抵抗素子と、上記(n+1)ビットの幅の特性周波数設定ビットデータの対応するビットデータにより、対応する上記第2の抵抗素子の他端を上記電流出力ラインまたは低インピーダンスアナログ中点電位に接続する(n+1)個のスイッチ回路と、を含み、上記第2および第3の抵抗素子の抵抗値は、上記第1の抵抗素子の抵抗値の複数倍に設定されている。   In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention provides a transconductance that outputs a current proportional to an input voltage and an output of the transconductance according to characteristic frequency setting bit data having a width of (n + 1) bits. A resistor network that varies the characteristic frequency of the current with an accuracy of a bit width of (n + 1), an operational transconductance amplifier having an input terminal connected to the current output line of the resistor network, and an input of the operational transconductance amplifier An integrator capacitor connected between the terminal and the output terminal, and the resistor network includes (n + 1) branch nodes formed in a current propagation line for propagating the output current of the transconductance. , N first resistance elements connected between the branch nodes, respectively, and the corresponding (N + 1) second resistance elements each having one end connected to the branch node, a third resistance element connected between the branch node at the final stage and the low impedance analog midpoint potential, and the (n + 1) ) Bit width characteristic frequency setting (n + 1) switch circuits for connecting the other end of the second resistance element to the current output line or the low impedance analog midpoint potential according to the corresponding bit data of the bit data The resistance values of the second and third resistance elements are set to a multiple of the resistance value of the first resistance element.

好適には、上記トランスコンダクタンス、抵抗回路網、オペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ、および積分器容量のすべてが差動構成を有し、上記トランスコンダクタンスの出力から上記抵抗回路網、および上記オペレーショナルトランスコンダクタンスアンプの入力の同相電位が、上記トランスコンダクタンスの出力部に設けられたコモンモードフィードバック回路により設定される。   Preferably, the transconductance, the resistor network, the operational transconductance amplifier, and the integrator capacitor all have a differential configuration, and the resistor network and the input of the operational transconductance amplifier are output from the transconductance output. Is set by a common mode feedback circuit provided at the output section of the transconductance.

本発明の第2の観点は、入力電圧に比例した電流を出力するトランスコンダクタンスと、(n+1)ビットの幅の特性周波数設定ビットデータに応じて、上記トランスコンダクタンスの出力電流の特性周波数を(n+1)のビット幅の精度で可変とする抵抗回路網と、上記抵抗回路網の電流出力ラインに入力端子が接続されたカレントフォロワと、上記カレントフォロワの出力端子に接続された積分器容量と、を有し、上記抵抗回路網は、上記トランスコンダクタンスの出力電流を伝搬させる電流伝搬ラインに形成された(n+1)個の分岐ノードと、上記各分岐ノード間にそれぞれ接続されたn個の第1の抵抗素子と、対応する上記分岐ノードに一端がそれぞれ接続された(n+1)個の第2の抵抗素子と、最終段の上記分岐ノードと低インピーダンスアナログ中点電位との間に接続された第3の抵抗素子と、上記(n+1)ビットの幅の特性周波数設定ビットデータの対応するビットデータにより、対応する上記第2の抵抗素子の他端を上記電流出力ラインまたは低インピーダンスアナログ中点電位に接続する(n+1)個のスイッチ回路と、を含み、上記第2および第3の抵抗素子の抵抗値は、上記第1の抵抗素子の抵抗値の複数倍に設定されている。   According to a second aspect of the present invention, the characteristic frequency of the output current of the transconductance is set to (n + 1) according to the transconductance for outputting a current proportional to the input voltage and the characteristic frequency setting bit data having a width of (n + 1) bits. ), A resistor network that can be varied with an accuracy of bit width, a current follower having an input terminal connected to the current output line of the resistor network, and an integrator capacitance connected to the output terminal of the current follower. The resistance network includes (n + 1) branch nodes formed in a current propagation line for propagating the output current of the transconductance, and n first nodes connected between the branch nodes, respectively. A resistance element, (n + 1) second resistance elements each having one end connected to the corresponding branch node, and the branch node in the final stage The other end of the second resistance element corresponding to the third resistance element connected between the impedance analog midpoint potential and the bit data corresponding to the characteristic frequency setting bit data of the width of (n + 1) bits. Are connected to the current output line or the low-impedance analog midpoint potential, and the resistance values of the second and third resistance elements are the resistance values of the first resistance elements. Is set to multiple times.

好適には、上記トランスコンダクタンス、抵抗回路網、カレントフォロワ、および積分器容量のすべてが差動構成を有し、上記トランスコンダクタンスの出力から上記抵抗回路網、および上記カレントフォロワの入力の同相電位が、上記カレントフォロワの入力端子の同相電位によって設定される。   Preferably, the transconductance, the resistor network, the current follower, and the integrator capacitance all have a differential configuration, and the common-mode potential of the resistor network and the input of the current follower is determined from the output of the transconductance. , Set by the common-mode potential of the input terminal of the current follower.

本発明の第3の観点は、入力電圧に比例した電流を出力するトランスコンダクタンスと、(n+1)ビットの幅の特性周波数設定ビットデータに応じて、上記トランスコンダクタンスの出力電流の特性周波数を(n+1)のビット幅の精度で可変とする抵抗回路網と、上記抵抗回路網の電流出力ラインに入力端子が接続されたカレントフォロワと、上記カレントフォロワの出力端子に入力端子が接続されたオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプと、上記オペレーショナルトランスコンダクタンスアンプの入力端子と出力端子との間に接続された積分器容量と、を有し、上記抵抗回路網は、上記トランスコンダクタンスの出力電流を伝搬させる電流伝搬ラインに形成された(n+1)個の分岐ノードと、上記各分岐ノード間にそれぞれ接続されたn個の第1の抵抗素子と、対応する上記分岐ノードに一端がそれぞれ接続された(n+1)個の第2の抵抗素子と、最終段の上記分岐ノードと低インピーダンスアナログ中点電位との間に接続された第3の抵抗素子と、上記(n+1)ビットの幅の特性周波数設定ビットデータの対応するビットデータにより、対応する上記第2の抵抗素子の他端を上記電流出力ラインまたは低インピーダンスアナログ中点電位に接続する(n+1)個のスイッチ回路と、を含み、上記第2および第3の抵抗素子の抵抗値は、上記第1の抵抗素子の抵抗値の複数倍に設定されている。   According to a third aspect of the present invention, the characteristic frequency of the output current of the transconductance is set to (n + 1) according to the transconductance that outputs a current proportional to the input voltage and the characteristic frequency setting bit data having a width of (n + 1) bits. ) With variable bit width accuracy, a current follower with an input terminal connected to the current output line of the resistor network, and an operational transconductance with an input terminal connected to the output terminal of the current follower. An amplifier and an integrator capacitor connected between an input terminal and an output terminal of the operational transconductance amplifier, and the resistor network is formed in a current propagation line for propagating the output current of the transconductance Between the (n + 1) branch nodes and the above branch nodes. N first resistance elements connected, (n + 1) second resistance elements each having one end connected to the corresponding branch node, the branch node in the final stage, and a low impedance analog midpoint potential The other end of the corresponding second resistance element is connected to the current output line by the third resistance element connected between and the bit data corresponding to the characteristic frequency setting bit data of the width of (n + 1) bits. Or (n + 1) switch circuits connected to the low-impedance analog midpoint potential, and the resistance values of the second and third resistance elements are set to a multiple of the resistance value of the first resistance element. Has been.

好適には、上記トランスコンダクタンス、抵抗回路網、カレントフォロワ、オペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ、および積分器容量のすべてが差動構成を有し、上記トランスコンダクタンスの出力から上記抵抗回路網、および上記カレントフォロワの入力の同相電位が、上記カレントフォロワの入力端子の同相電位によって設定される。   Preferably, the transconductance, the resistor network, the current follower, the operational transconductance amplifier, and the integrator capacitor all have a differential configuration, and the resistor network and the current follower of the current follower are output from the transconductance output. The input common-mode potential is set by the common-mode potential of the input terminal of the current follower.

また、好適には、上記抵抗回路網のスイッチ回路は、電界効果トランジスタによるアナログスイッチを含む。   Preferably, the switch circuit of the resistor network includes an analog switch using a field effect transistor.

好適には、上記抵抗回路網のスイッチ回路、並びに第1、第2、および第3の抵抗素子は、電界効果トランジスタによるアナログスイッチおよび当該電界効果トランジスタのオン抵抗によって形成されている。   Preferably, the switch circuit of the resistor network and the first, second, and third resistor elements are formed by an analog switch using a field effect transistor and an on-resistance of the field effect transistor.

好適には、上記低インピーダンスアナログ中点電位は、分岐後の正相ノードと逆相ノードとをそれぞれ短絡することで、差動信号における低インピーダンス接続によって形成される。   Preferably, the low-impedance analog midpoint potential is formed by a low-impedance connection in a differential signal by short-circuiting the positive-phase node and the negative-phase node after branching.

本発明によれば、たとえば第N(N=n)の分岐ノードに接続され抵抗値2Rの第2の抵抗素子および抵抗値Rの第1の抵抗素子に分流され、第2の抵抗素子に流れる電流は、第NのコントロールビットデータBnにより独立に切り替えられるスイッチ回路を介して、低インピーダンスアナログ中点電位または電流出力ラインを通してオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプの入力端子に選択的に伝搬される。
一方、抵抗値Rの第1の抵抗素子に流れる電流は、さらに次段の第(N−1)の分岐ノードに接続された抵抗値2Rの第2の抵抗素子および抵抗値Rの第1の抵抗素子に分流され、第2の抵抗素子に流れる電流は、第(N−1)のコントロールビットデータBn-1 により独立に切り替えられるスイッチ回路を介して、低インピーダンスアナログ中点電位または電流出力ラインを通してオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプの入力端子に選択的に伝搬される。
一方、抵抗値Rの第1の抵抗素子に流れる電流は、さらに次段の第(N−2)の分岐ノードに接続された抵抗値2Rの第2の抵抗素子および抵抗値Rの第1の抵抗素子に分流され、第2の抵抗素子に流れる電流は、第(N−2)のコントロールビットデータBn-2 により独立に切り替えられるスイッチ回路を介して、低インピーダンスアナログ中点電位または電流出力ラインを通してオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプの入力端子に選択的に伝搬される。
これを順次順次繰り返し、最終段の分岐ノードに接続された抵抗値2Rの第2の抵抗素子および抵抗値2Rの第3の抵抗素子に分流され、第2の抵抗素子に流れる電流は、コントロールビットデータB0 により独立に切り替えられるスイッチ回路を介して、低インピーダンスアナログ中点電位または電流出力ラインを通してオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプの入力端子に選択的に伝搬される。
一方、第3の抵抗素子に流れる電流は、そのまま低インピーダンスアナログ中点電位へと伝搬される。
積分器容量はオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプの入出力端子間に接続され、コントロールビットデータBn〜B0 による接続切り替えを適宜行うことで、トランスコンダクタンスから積分器容量へと流れ込む信号電流、結果として特性周波数をN+1ビットの幅と精度で可変とする。
According to the present invention, for example, it is connected to the Nth (N = n) th branch node, and is divided into the second resistance element having the resistance value 2R and the first resistance element having the resistance value R, and flows to the second resistance element. The current is selectively propagated to the input terminal of the operational transconductance amplifier through the low impedance analog midpoint potential or the current output line via the switch circuit that is independently switched by the Nth control bit data Bn.
On the other hand, the current flowing in the first resistance element having the resistance value R further includes the second resistance element having the resistance value 2R and the first resistance value R connected to the (N−1) -th branch node of the next stage. The current that is shunted to the resistance element and flows to the second resistance element is switched to a low impedance analog midpoint potential or current output line via a switch circuit that is independently switched by the (N-1) th control bit data Bn-1. Is selectively propagated to the input terminal of the operational transconductance amplifier.
On the other hand, the current flowing through the first resistance element having the resistance value R further includes the second resistance element having the resistance value 2R connected to the (N-2) th branch node of the next stage and the first resistance element having the resistance value R. The current that is shunted to the resistance element and flows to the second resistance element is switched to a low impedance analog midpoint potential or current output line via a switch circuit that is independently switched by the (N-2) th control bit data Bn-2. Is selectively propagated to the input terminal of the operational transconductance amplifier.
This is sequentially repeated, and the current flowing in the second resistance element is divided into the second resistance element having the resistance value 2R and the third resistance element having the resistance value 2R connected to the branch node in the final stage. The signal is selectively propagated to the input terminal of the operational transconductance amplifier through a low impedance analog midpoint potential or current output line via a switch circuit that is independently switched by data B 0 .
On the other hand, the current flowing through the third resistance element is directly propagated to the low impedance analog midpoint potential.
Integrating capacitor is connected between the input and output terminals of the operational transconductance amplifier, by performing connection switching by the control bit data Bn~B 0 appropriately, the signal current flowing into the integrating capacitor from the transconductance, the resulting frequency characteristic The width and accuracy of N + 1 bits are variable.

本発明によれば、総回路規模が著しく増大せず、簡便な方法で、カットオフ周波数、極(pole)、ゼロ(zero)といったフィルタ特性周波数を100倍以上にわたり、しかも信号帯域幅の1%程度の微小な分解能によって可変でき、さらには周波数可変ステップがフィルタ特性周波数に比例する、すなわち、周波数可変ステップがフィルタ特性周波数に対し対数リニアとなる機構も容易に実現できる。   According to the present invention, the total circuit scale does not increase remarkably, and the filter characteristic frequency such as the cut-off frequency, pole, and zero is increased by 100 times or more in a simple method, and 1% of the signal bandwidth. A mechanism that can be varied with a minute resolution and that the frequency variable step is proportional to the filter characteristic frequency, that is, the frequency variable step is logarithmically linear with respect to the filter characteristic frequency can be easily realized.

以下に、本発明の実施形態を図面に関連付けて説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

<第1実施形態>
図1は、本発明に係るフィルタ回路の第1の実施形態を示す回路図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of a filter circuit according to the present invention.

本フィルタ回路10は、図1に示すように、入力電圧Viに比例した電流iX を出力するトランスコンダクタンス(Gm1)11と、(n+1)ビットの幅の特性周波数設定ビットデータに応じて、上記トランスコンダクタンスの出力電流の特性周波数を(n+1)のビット幅の精度で可変とするR−2R抵抗回路網12と、R−2R抵抗回路網12の電流出力ラインに入力端子が接続されたオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ(0perational Transconductance Amplifier、以下OTAという)13と、OTA13の入力端子(−)と出力端子との間に接続された積分器容量(Cf)14を有している。
ただし、nは1以上の整数である。
As shown in FIG. 1, the filter circuit 10 includes the transconductance (Gm1) 11 that outputs a current i X proportional to the input voltage Vi and the characteristic frequency setting bit data having a width of (n + 1) bits. An R-2R resistor network 12 in which the characteristic frequency of the output current of the transconductance is variable with an accuracy of (n + 1) bit width, and an operational transformer having an input terminal connected to the current output line of the R-2R resistor network 12 A conductance amplifier (0perational Transconductance Amplifier, hereinafter referred to as OTA) 13 and an integrator capacitance (Cf) 14 connected between an input terminal (−) and an output terminal of the OTA 13 are provided.
However, n is an integer of 1 or more.

R−2R抵抗回路網12は、図1に示すように、トランスコンダクタンス11の出力電流iX を伝搬させる電流伝搬ライン121に形成された(n+1)個の分岐ノード122−n〜122−0と、各分岐ノード122−n〜122−0間にそれぞれ接続されたn個の第1の抵抗素子123−n〜123−1と、対応する分岐ノード122−n〜122−1に一端がそれぞれ接続された(n+1)個の第2の抵抗素子124−n〜124−0と、最終段の分岐ノード122−0と低インピーダンスアナログ中点電位(グランド電位Vss)との間に接続された第3の抵抗素子125と、(n+1)ビットの幅の特性周波数設定ビットデータBn〜B0 の対応するビットデータにより、対応する第2の抵抗素子の他端124−n〜124−0を電流出力ライン127または低インピーダンスアナログ中点電位Vssに接続する(n+1)個のスイッチ回路126−n〜126−0と、を含む。
そして、第1の抵抗素子123−n〜123−1の抵抗値はRに設定され、第2の抵抗素子124−n〜124−0および第3の抵抗素子124の抵抗値は、第1の抵抗素子123−n〜123−1の抵抗値Rの複数倍である2倍の2Rに設定されている。
As shown in FIG. 1, the R-2R resistor network 12 includes (n + 1) branch nodes 122-n to 122-0 formed in a current propagation line 121 that propagates the output current i X of the transconductance 11. The n first resistance elements 123-n to 123-1 connected between the branch nodes 122-n to 122-0, respectively, and one ends connected to the corresponding branch nodes 122-n to 122-1, respectively. (N + 1) second resistance elements 124-n to 124-0, and a third node connected between the final branch node 122-0 and the low impedance analog midpoint potential (ground potential Vss). the resistive element 125, the corresponding bit data of the (n + 1) characteristics of the width of the bit frequency setting bit data Bn~B 0, the other end 124-n~124-0 the corresponding second resistive element electrostatic (N + 1) switch circuits 126-n to 126-0 connected to the current output line 127 or the low impedance analog midpoint potential Vss.
The resistance values of the first resistance elements 123-n to 123-1 are set to R, and the resistance values of the second resistance elements 124-n to 124-0 and the third resistance element 124 are the first resistance values. It is set to 2R, which is twice the resistance value R of the resistance elements 123-n to 123-1.

さらに具体的には、分岐ノード122−nと122−n-1 との間に第1の抵抗素子R123−nが接続され、分岐ノード122−n-1 と122−n-2との間に第1の抵抗素子R123−n-1 が接続され、同様にして、分岐ノード122−2と122−1との間に第1の抵抗素子R123−2が接続され、分岐ノード122−1と122−0との間に第1の抵抗素子R123−1が接続されている。   More specifically, the first resistance element R123-n is connected between the branch nodes 122-n and 122-n-1, and between the branch nodes 122-n-1 and 122-n-2. The first resistance element R123-n-1 is connected, and similarly, the first resistance element R123-2 is connected between the branch nodes 122-2 and 122-1, and the branch nodes 122-1 and 122 are connected. A first resistance element R123-1 is connected between the gate terminal and −0.

第2の抵抗素子124−nの一端が分岐ノード122−nに接続され、他端がスイッチ回路126−nの固定接点aに接続されている。第2の抵抗素子124−n-1 の一端が分岐ノード122−n-1 に接続され、他端がスイッチ回路126−n-1 の固定接点aに接続されている。同様にして、第2の抵抗素子124−2の一端が分岐ノード122−2に接続され、他端がスイッチ回路126−2の固定接点aに接続されている。第2の抵抗素子124−1の一端が分岐ノード122−1に接続され、他端がスイッチ回路126−1の固定接点aに接続されている。第2の抵抗素子124−0の一端が分岐ノード122−0に接続され、他端がスイッチ回路126−0の固定接点aに接続されている。
そして、各スイッチ回路126−n〜126−0の各作動接点bが電流出力ライン127に接続され、各作動接点cが低インピーダンスアナログ中点電位(グランド電位)Vssに接続されている。
One end of the second resistance element 124-n is connected to the branch node 122-n, and the other end is connected to the fixed contact a of the switch circuit 126-n. One end of the second resistance element 124-n-1 is connected to the branch node 122-n-1, and the other end is connected to the fixed contact a of the switch circuit 126-n-1. Similarly, one end of the second resistance element 124-2 is connected to the branch node 122-2, and the other end is connected to the fixed contact a of the switch circuit 126-2. One end of the second resistance element 124-1 is connected to the branch node 122-1, and the other end is connected to the fixed contact a of the switch circuit 126-1. One end of the second resistance element 124-0 is connected to the branch node 122-0, and the other end is connected to the fixed contact a of the switch circuit 126-0.
The operation contacts b of the switch circuits 126-n to 126-0 are connected to the current output line 127, and the operation contacts c are connected to the low impedance analog midpoint potential (ground potential) Vss.

このように構成において、トランスコンダクタンス11の出力電流は、第N(N=n)の分岐ノード122−nに接続され抵抗値2Rの第2の抵抗素子124−nおよび抵抗値Rの第1の抵抗素子123−nに分流され、第2の抵抗素子124−nに流れる電流は、第NのコントロールビットデータBnにより独立に切り替えられるスイッチ回路126−nを介して、低インピーダンスアナログ中点電位または電流出力ライン127を通してOTA13の入力端子(−)に選択的に伝搬される。
一方、抵抗値Rの第1の抵抗素子123−nに流れる電流は、さらに次段の第(N−1)の分岐ノード122−n-1 に接続された抵抗値2Rの第2の抵抗素子124−n-1 および抵抗値Rの第1の抵抗素子123−n-1 に分流され、第2の抵抗素子124−n-1 に流れる電流は、第(N−1)のコントロールビットデータBn-1 により独立に切り替えられるスイッチ回路126−n-1 を介して、低インピーダンスアナログ中点電位または電流出力ライン127を通してOTA13の入力端子(−)に選択的に伝搬される。
一方、抵抗値Rの第1の抵抗素子123−n-1 に流れる電流は、さらに次段の第(N−2)の分岐ノード122−n-2 に接続された抵抗値2Rの第2の抵抗素子124−n-2 および抵抗値Rの第1の抵抗素子123−n-2 に分流され、第2の抵抗素子124−n-2 に流れる電流は、第(N−2)のコントロールビットデータBn-2 により独立に切り替えられるスイッチ回路126−n-2 を介して、低インピーダンスアナログ中点電位または電流出力ライン127を通してOTA13の入力端子(−)に選択的に伝搬される。
これを順次繰り返し、第0の分岐ノード122−n-2 に接続された抵抗値2Rの第2の抵抗素子124−0および抵抗値2Rの第3の抵抗素子125に分流され、第2の抵抗素子124−0に流れる電流は、第0のコントロールビットデータB0 により独立に切り替えられるスイッチ回路126−0を介して、低インピーダンスアナログ中点電位または電流出力ライン127を通してOTA13の入力端子(−)に選択的に伝搬される。
一方、第3の抵抗素子125に流れる電流は、そのまま低インピーダンスアナログ中点電位へと伝搬される。
積分器容量14はOTA13の入出力端子間に接続され、第0から第NまでのコントロールビットデータBn〜B0 による接続切り替えを適宜行うことで、トランスコンダクタンス(Gm)11から積分器容量14へと流れ込む信号電流、結果として特性周波数をN+1ビットの幅と精度で可変とする。
In this configuration, the output current of the transconductance 11 is connected to the Nth (N = n) branch node 122-n, the second resistance element 124-n having the resistance value 2R, and the first resistance value R having the first resistance value R. The current that is shunted to the resistance element 123-n and flows to the second resistance element 124-n passes through the switch circuit 126-n that is independently switched by the Nth control bit data Bn, or the low impedance analog midpoint potential or It is selectively propagated through the current output line 127 to the input terminal (−) of the OTA 13.
On the other hand, the current flowing through the first resistance element 123-n having the resistance value R is further connected to the (N-1) th branch node 122-n-1 of the next stage, and the second resistance element having the resistance value 2R. 124-n-1 and the first resistance element 123-n-1 having a resistance value R, and the current flowing through the second resistance element 124-n-1 is the (N-1) th control bit data Bn. Is selectively propagated to the input terminal (−) of the OTA 13 through the low-impedance analog midpoint potential or current output line 127 via the switch circuit 126-n−1 that is independently switched by −1.
On the other hand, the current flowing through the first resistance element 123-n-1 having the resistance value R is further supplied to the second resistor having the resistance value 2R connected to the next (N-2) th branch node 122-n-2. The current that is shunted to the resistance element 124-n-2 and the first resistance element 123-n-2 having the resistance value R and flows to the second resistance element 124-n-2 is the (N-2) th control bit. The signal is selectively propagated to the input terminal (−) of the OTA 13 through the low impedance analog midpoint potential or current output line 127 via the switch circuit 126-n-2 that is independently switched by the data Bn-2.
This is sequentially repeated, and the current is shunted to the second resistance element 124-0 having the resistance value 2R and the third resistance element 125 having the resistance value 2R connected to the zeroth branch node 122-n-2. The current flowing through the element 124-0 is input to the input terminal (−) of the OTA 13 through the low impedance analog midpoint potential or current output line 127 via the switch circuit 126-0 that is independently switched by the 0th control bit data B 0. Is propagated selectively.
On the other hand, the current flowing through the third resistance element 125 is directly propagated to the low impedance analog midpoint potential.
Integrating capacitor 14 is connected between the input and output terminals of the OTA 13, by performing a connection switching by the control bit data Bn~B 0 of the 0th to N-th appropriately, transconductance (Gm) 11 to integrating capacitor 14 And, as a result, the characteristic frequency is variable with a width and accuracy of N + 1 bits.

このように、R−2R抵抗回路網12では、各分岐電流がそれぞれ次段の積分器容量14に流れる経路と低インピーダンスアナログ中点電位(グラウンド電位)Vssに流れる経路があり、各分岐電流ごとにディジタルコントロールビットデータBn〜B0 によって経路選択が可能となっている。
ここに設定ビット幅(n+1)は任意であるが、一例として、図において設定ビット幅を5(n=4)とすると、B4=B2=B0=0、B3=B1=1であり、積分器容量14に流れ込む電流iy =(10/32)ix となる。
つまりこの場合、ディジタルコントロールビットデータBn〜B0 の設定により、(1/32)ix から(31/32)ix まで(1/32)ix きざみで設定できることになる。
これはこの積分器のユニティゲイン周波数、ひいてはこの積分器を構成要素とするフィルタの特性周波数が、(1/32)(Gm1)/Cfから(31/32)(Gm1)/Cfまで(1/32)(Gm1)/Cfきざみで可変できることを示している。
As described above, the R-2R resistor network 12 has a path through which each branch current flows to the integrator capacitor 14 of the next stage and a path through which the branch current flows to the low impedance analog midpoint potential (ground potential) Vss. It has become possible route selected by the digital control bit data Bn~B 0 to.
Here, the set bit width (n + 1) is arbitrary, but as an example, if the set bit width is 5 (n = 4) in the figure, B4 = B2 = B0 = 0 and B3 = B1 = 1, and the integrator a current i y = (10/32) i x flowing into the capacitor 14.
That is, in this case, by setting the digital control bit data Bn~B 0, so that can be set in (1/32) from i x to (31/32) i x (1/32) i x increments.
This is because the unity gain frequency of this integrator, and hence the characteristic frequency of the filter having this integrator as a component, is from (1/32) (Gm1) / Cf to (31/32) (Gm1) / Cf (1 / 32) It can be varied in increments of (Gm1) / Cf.

一般化すると、積分器のユニティゲイン周波数は次式で表される。   When generalized, the unity gain frequency of the integrator is expressed by the following equation.

Figure 2005295460
Figure 2005295460

これは、(1/2n+1 )(Gm1)/Cfから((2n+1 −1)/2n+1 ))(Gm1)/Cfまで(1/2n+1 )(Gm1)/Cfきざみで可変できることを示している。
したがって、設定ビット幅を高々7(n=6)とすることで、容易に100倍以上の特性周波数可変幅を実現することができる。
This is from (1/2 n + 1 ) (Gm1) / Cf to ((2 n + 1 -1) / 2 n + 1 )) (Gm1) / Cf (1/2 n + 1 ) (Gm1) / Cf indicates that it can be changed in steps.
Therefore, by setting the set bit width to 7 (n = 6) at most, a characteristic frequency variable width of 100 times or more can be easily realized.

すなわち、上記積分器を要素にフィルタを構成(Gm-R2R-OTA-Cフィルタ)することで、総回路規模が著しく増大せず、簡便な方法で、カットオフ周波数、極(pole)、ゼロ(zero)といったフィルタ特性周波数を100倍以上にわたり、しかも信号帯域幅の1%程度の微小な分解能によって可変できるフィルタが実現できる。   In other words, by constructing a filter with the integrator as a component (Gm-R2R-OTA-C filter), the total circuit scale does not increase significantly, and the cutoff frequency, pole, zero ( It is possible to realize a filter that can change the filter characteristic frequency such as zero) by 100 times or more and with a minute resolution of about 1% of the signal bandwidth.

また、ここでは簡単のためシングルエンド構成で示したが、たとえば図2に示すように、等価な差動回路で構成するのが実用的である。
この場合はトランスコンダクタンス(Gm1)11にコモンモードフィードバック回路を設け、トランスコンダクタンス11の出力同相電位、ひいてはR−2R抵抗回路網12およびOTA13の入力同相電位を所望の電位に設定する。
また、差動構成の場合は、R−2R抵抗回路網12の分流経路の一方である、低インピーダンスアナログ中点(グラウンド電位)は正相側分流経路と逆相側分流経路を短絡すれば良く、明示して低インピーダンスDCノードに接続する必要はない。
また、ここでは最も実用的な例として、後述の通りR−2Rを構成する抵抗を絶縁ゲート型電界効果トランジスタであるMOSスイッチのオン抵抗で実現されている。
In addition, for the sake of simplicity, a single-ended configuration is shown here, but it is practical to use an equivalent differential circuit as shown in FIG.
In this case, a common mode feedback circuit is provided in the transconductance (Gm1) 11, and the output common-mode potential of the transconductance 11 and thus the input common-mode potential of the R-2R resistor network 12 and the OTA 13 are set to a desired potential.
In the case of a differential configuration, the low-impedance analog midpoint (ground potential), which is one of the shunt paths of the R-2R resistor network 12, may be short-circuited between the positive-phase shunt path and the reverse-phase shunt path. It is not necessary to explicitly connect to a low impedance DC node.
Here, as the most practical example, the resistance constituting R-2R is realized by the on-resistance of a MOS switch, which is an insulated gate field effect transistor, as will be described later.

図2において、符号MRで示すものがオン抵抗RのMOSスイッチを示している。MOSスイッチは、nチャネルのMOSトランジスタにより構成される。
差動構成の場合、電流伝搬ラインとして121−1,121−2を有し、電流出力ラインとして127−1,127−2を有する。
したがって、分岐ノードも122−n−1〜122−0−1および122−n−2〜122−0−2を有し、第1の抵抗素子も123−n−1〜123−0−1および123−n−2〜123−0−2を有し、第2の抵抗素子も124−n−1〜124−0−1および124−n−2〜124−0−2を有する。
In FIG. 2, the reference numeral MR indicates a MOS switch having an on-resistance R. The MOS switch is composed of an n-channel MOS transistor.
In the case of the differential configuration, 121-1 and 121-2 are provided as current propagation lines, and 127-1 and 127-2 are provided as current output lines.
Therefore, the branch nodes also have 122-n-1 to 122-0-1 and 122-n-2 to 122-0-2, and the first resistance elements also have 123-n-1 to 123-0-1 and 123-n-2 to 123-0-2, and the second resistance element also includes 124-n-1 to 124-0-1 and 124-n-2 to 124-0-2.

そして、各分岐経路に配置されるスイッチ回路および第2の抵抗素子は、アナログスイッチとしても機能する4個のMOSスイッチMRn1〜MRn4を共用するように形成されている。   The switch circuit and the second resistance element arranged in each branch path are formed so as to share the four MOS switches MRn1 to MRn4 that also function as analog switches.

具体的には、第2の抵抗素子124−nは、電流伝搬ライン121−1の第Nの分岐ノード122−n−1と電流伝搬ライン121−2の第Nの分岐ノード122−n−2間に抵抗値Rの2個のMOSスイッチMRn1,MRn2を直列に接続し、分岐ノード122−n−1と電流出力ライン127−1との間にMOSスイッチMRn3を接続し、分岐ノード122−n−2と電流出力ライン127−2との間にMOSスイッチMRn4を接続している。
そして、ディジタルコントロールビットデータBnを、インバータ128−nを通してMOSスイッチMRn1およびMRn2のゲート端子に供給し、インバータ128−nを通さずに直接にMOSスイッチMRn3およびMRn4のゲート端子に供給している。
これにより、ディジタルコントロールビットデータBnに応じて、MOSスイッチMRn1およびMRn2により正相側分流経路と逆相側分流経路を短絡して低インピーダンスアナログ中点を実現し、また、MOSスイッチMRn3を介して電流伝搬ライン121−1を伝搬する電流を電流出力ライン127−1を通してOTA13の入力端子(−)に選択的に伝搬され、MOSスイッチMRn4を介して電流伝搬ライン121−2を伝搬する電流を電流出力ライン127−2を通してOTA13の入力端子(+)に選択的に伝搬される。
Specifically, the second resistance element 124-n includes the Nth branch node 122-n-1 of the current propagation line 121-1, and the Nth branch node 122-n-2 of the current propagation line 121-2. Two MOS switches MRn1 and MRn2 having a resistance value R are connected in series, a MOS switch MRn3 is connected between the branch node 122-n-1 and the current output line 127-1, and a branch node 122-n is connected. -2 and the current output line 127-2 are connected to the MOS switch MRn4.
The digital control bit data Bn is supplied to the gate terminals of the MOS switches MRn1 and MRn2 through the inverter 128-n, and directly supplied to the gate terminals of the MOS switches MRn3 and MRn4 without passing through the inverter 128-n.
Thereby, according to the digital control bit data Bn, the low-phase analog midpoint is realized by short-circuiting the normal-phase shunt path and the reverse-phase shunt path by the MOS switches MRn1 and MRn2, and via the MOS switch MRn3. The current propagating through the current propagation line 121-1 is selectively propagated to the input terminal (−) of the OTA 13 through the current output line 127-1, and the current propagating through the current propagation line 121-2 through the MOS switch MRn4 is defined as current. The signal is selectively propagated to the input terminal (+) of the OTA 13 through the output line 127-2.

第2の抵抗素子124−n-1 は、電流伝搬ライン121−1の第(N−1)の分岐ノード122−n-1 −1と電流伝搬ライン121−2の第(N−1)の分岐ノード122−n-1 −2間に抵抗値Rの2個のMOSスイッチMR (n-1)1,MR (n-1)2を直列に接続し、分岐ノード122−n-1 −1と電流出力ライン127−1との間にMOSスイッチMR (n-1)3を接続し、分岐ノード122−(n-1) −2と電流出力ライン127−2との間にMOSスイッチMR (n-1)4を接続している。
そして、ディジタルコントロールビットデータBn-1 を、インバータ128−n-1 を通してMOSスイッチMR (n-1)1およびMR (n-1)2のゲート端子に供給し、インバータ128−n-1 を通さずに直接にMOSスイッチMR (n-1)3およびMR (n-1)4のゲート端子に供給している。
これにより、ディジタルコントロールビットデータBn-1 に応じて、MOSスイッチMR (n-1)1およびMR (n-1)2により正相側分流経路と逆相側分流経路を短絡して低インピーダンスアナログ中点を実現し、また、MOSスイッチMR (n-1)3を介して電流伝搬ライン121−1を伝搬する電流を電流出力ライン127−1を通してOTA13の入力端子(−)に選択的に伝搬され、MOSスイッチMR (n-1)4を介して電流伝搬ライン121−2を伝搬する電流を電流出力ライン127−2を通してOTA13の入力端子(+)に選択的に伝搬される。
The second resistance element 124-n-1 includes the (N-1) th branch node 122-n-1-1 of the current propagation line 121-1, and the (N-1) th node of the current propagation line 121-2. Two MOS switches MR (n-1) 1, MR (n-1) 2 having a resistance value R are connected in series between the branch node 122-n-1 -2, and the branch node 122-n-1 -1 is connected. And a current output line 127-1 are connected to a MOS switch MR (n-1) 3, and a MOS switch MR ((1) -2) is connected between a branch node 122- (n-1) -2 and a current output line 127-2. n-1) 4 is connected.
Then, the digital control bit data Bn-1 is supplied to the gate terminals of the MOS switches MR (n-1) 1 and MR (n-1) 2 through the inverter 128-n-1, and passed through the inverter 128-n-1. Without being supplied directly to the gate terminals of the MOS switches MR (n-1) 3 and MR (n-1) 4.
As a result, according to the digital control bit data Bn-1, the normal phase shunt path and the reverse phase shunt path are short-circuited by the MOS switches MR (n-1) 1 and MR (n-1) 2 to reduce the low impedance analog. The midpoint is realized, and the current propagating through the current propagation line 121-1 through the MOS switch MR (n-1) 3 is selectively propagated to the input terminal (-) of the OTA 13 through the current output line 127-1. Then, the current propagating through the current propagation line 121-2 through the MOS switch MR (n-1) 4 is selectively propagated to the input terminal (+) of the OTA 13 through the current output line 127-2.

同様にして、第2の抵抗素子124−2は、電流伝搬ライン121−1の第2の分岐ノード122−2−1と電流伝搬ライン121−2の第2の分岐ノード122−2−2間に抵抗値Rの2個のMOSスイッチMR21,MR22を直列に接続し、分岐ノード122−2−1と電流出力ライン127−1との間にMOSスイッチMR23を接続し、分岐ノード122−2−2と電流出力ライン127−2との間にMOSスイッチMR24を接続している。
そして、ディジタルコントロールビットデータB2を、インバータ128−2を通してMOSスイッチMR21およびMR22のゲート端子に供給し、インバータ128−2を通さずに直接にMOSスイッチMR23およびMR24のゲート端子に供給している。
これにより、ディジタルコントロールビットデータB2に応じて、MOSスイッチMR21およびMR22により正相側分流経路と逆相側分流経路を短絡して低インピーダンスアナログ中点を実現し、また、MOSスイッチMR23を介して電流伝搬ライン121−1を伝搬する電流を電流出力ライン127−1を通してOTA13の入力端子(−)に選択的に伝搬され、MOSスイッチMR24を介して電流伝搬ライン121−2を伝搬する電流を電流出力ライン127−2を通してOTA13の入力端子(+)に選択的に伝搬される。
Similarly, the second resistance element 124-2 is connected between the second branch node 122-2-1 of the current propagation line 121-1 and the second branch node 122-2-2 of the current propagation line 121-2. Two MOS switches MR21 and MR22 having a resistance value R are connected in series, a MOS switch MR23 is connected between the branch node 122-2-1 and the current output line 127-1, and a branch node 122-2- The MOS switch MR24 is connected between the current output line 127-2 and the current output line 127-2.
The digital control bit data B2 is supplied to the gate terminals of the MOS switches MR21 and MR22 through the inverter 128-2, and directly supplied to the gate terminals of the MOS switches MR23 and MR24 without passing through the inverter 128-2.
As a result, according to the digital control bit data B2, the MOS-phase switches MR21 and MR22 short-circuit the normal-phase side diversion path and the reverse-phase side diversion path to realize a low impedance analog midpoint, and via the MOS switch MR23. The current propagating through the current propagation line 121-1 is selectively propagated to the input terminal (−) of the OTA 13 through the current output line 127-1, and the current propagating through the current propagation line 121-2 through the MOS switch MR24 is defined as current. The signal is selectively propagated to the input terminal (+) of the OTA 13 through the output line 127-2.

第2の抵抗素子124−1は、電流伝搬ライン121−1の第2の分岐ノード122−1−1と電流伝搬ライン121−2の第2の分岐ノード122−1−2間に抵抗値Rの2個のMOSスイッチMR11,MR12を直列に接続し、分岐ノード122−1−1と電流出力ライン127−1との間にMOSスイッチMR13を接続し、分岐ノード122−1−2と電流出力ライン127−2との間にMOSスイッチMR14を接続している。
そして、ディジタルコントロールビットデータB1を、インバータ128−1を通してMOSスイッチMR11およびMR12のゲート端子に供給し、インバータ128−1を通さずに直接にMOSスイッチMR13およびMR14のゲート端子に供給している。
これにより、ディジタルコントロールビットデータB1に応じて、MOSスイッチMR11およびMR12により正相側分流経路と逆相側分流経路を短絡して低インピーダンスアナログ中点を実現し、また、MOSスイッチMR13を介して電流伝搬ライン121−1を伝搬する電流を電流出力ライン127−1を通してOTA13の入力端子(−)に選択的に伝搬され、MOSスイッチMR14を介して電流伝搬ライン121−2を伝搬する電流を電流出力ライン127−2を通してOTA13の入力端子(+)に選択的に伝搬される。
The second resistance element 124-1 has a resistance value R between the second branch node 122-1-1 of the current propagation line 121-1 and the second branch node 122-1-2 of the current propagation line 121-2. Are connected in series, a MOS switch MR13 is connected between the branch node 122-1-1 and the current output line 127-1, and the branch node 122-1-2 and the current output are connected. A MOS switch MR14 is connected to the line 127-2.
The digital control bit data B1 is supplied to the gate terminals of the MOS switches MR11 and MR12 through the inverter 128-1, and directly supplied to the gate terminals of the MOS switches MR13 and MR14 without passing through the inverter 128-1.
As a result, according to the digital control bit data B1, the low-phase analog midpoint is realized by short-circuiting the normal-phase shunt path and the reverse-phase shunt path by the MOS switches MR11 and MR12, and via the MOS switch MR13. The current propagating through the current propagation line 121-1 is selectively propagated to the input terminal (−) of the OTA 13 through the current output line 127-1, and the current propagating through the current propagation line 121-2 through the MOS switch MR14 is converted into current. The signal is selectively propagated to the input terminal (+) of the OTA 13 through the output line 127-2.

第2の抵抗素子124−0は、電流伝搬ライン121−1の第2の分岐ノード122−0−1と電流伝搬ライン121−2の第2の分岐ノード122−0−2間に抵抗値Rの2個のMOSスイッチMR01,MR02を直列に接続し、分岐ノード122−0−1と電流出力ライン127−1との間にMOSスイッチMR03を接続し、分岐ノード122−0−2と電流出力ライン127−2との間にMOSスイッチMR04を接続している。
そして、ディジタルコントロールビットデータB0を、インバータ128−0を通してMOSスイッチMR01およびMR02のゲート端子に供給し、インバータ128−0を通さずに直接にMOSスイッチMR03およびMR04のゲート端子に供給している。
これにより、ディジタルコントロールビットデータB0に応じて、MOSスイッチMR01およびMR02により正相側分流経路と逆相側分流経路を短絡して低インピーダンスアナログ中点を実現し、また、MOSスイッチMR03を介して電流伝搬ライン121−1を伝搬する電流を電流出力ライン127−1を通してOTA13の入力端子(−)に選択的に伝搬され、MOSスイッチMR04を介して電流伝搬ライン121−2を伝搬する電流を電流出力ライン127−2を通してOTA13の入力端子(+)に選択的に伝搬される。
The second resistance element 124-0 has a resistance value R between the second branch node 122-0-1 of the current propagation line 121-1 and the second branch node 122-0-2 of the current propagation line 121-2. Are connected in series, a MOS switch MR03 is connected between the branch node 122-0-1 and the current output line 127-1, and the branch node 122-0-2 and the current output are connected. A MOS switch MR04 is connected to the line 127-2.
The digital control bit data B0 is supplied to the gate terminals of the MOS switches MR01 and MR02 through the inverter 128-0, and directly supplied to the gate terminals of the MOS switches MR03 and MR04 without passing through the inverter 128-0.
As a result, according to the digital control bit data B0, the normal phase side shunt path and the reverse phase shunt path are short-circuited by the MOS switches MR01 and MR02 to realize a low impedance analog midpoint, and via the MOS switch MR03. The current propagating through the current propagation line 121-1 is selectively propagated to the input terminal (−) of the OTA 13 through the current output line 127-1, and the current propagating through the current propagation line 121-2 through the MOS switch MR <b> 04 is converted into current. The signal is selectively propagated to the input terminal (+) of the OTA 13 through the output line 127-2.

そして、第3の抵抗素子125は、電流伝搬ライン121−1の第0の分岐ノード122−0−1と電流伝搬ライン121−2の第0の分岐ノード122−0−2間に抵抗値Rの2個のMOSスイッチMRを接続して構成されている。
すなわち、低インピーダンスアナログ中点(グラウンド電位)は正相側分流経路と逆相側分流経路を2個のMOSスイッチMRで短絡して実現している。
The third resistance element 125 has a resistance value R between the 0th branch node 122-0-1 of the current propagation line 121-1 and the 0th branch node 122-0-2 of the current propagation line 121-2. These two MOS switches MR are connected to each other.
That is, the low-impedance analog midpoint (ground potential) is realized by short-circuiting the normal-phase side shunt path and the reverse-phase side shunt path with the two MOS switches MR.

さらに、OTA−Cの部分については良く知られた問題として、フィードバック容量Cによってフィードフォワード経路ができ、これによるRHP-zero(Right Half Plane-zero)が高域特性を劣化させる。
これは容量フィードバックに共通の問題で、これを解消するため、従来よりPole-Zeroキャンセルを筆頭に様々な方法が考案されており、本発明のOTA−C部分についてもそれらがそのまま適用できる。
たとえば、PavanおよびTsividisは著書”High Frequency Continuous Time Filters in Digital CMOS Processes ”の中で紹介している方式(Figure 3.11-13)が本発明にも当てはめられるので、ここではその詳細は論じない。本発明の本質は、OTA入力の仮想接地を−2R抵抗回路網12からの電流シンクとしていることにある。
Further, as a well-known problem for the OTA-C portion, a feedforward path can be formed by the feedback capacitor C, and RHP-zero (Right Half Plane-zero) due to this deteriorates the high frequency characteristics.
This is a problem common to capacitive feedback, and in order to solve this problem, various methods have been devised from the beginning with Pole-Zero cancellation, and these can also be applied to the OTA-C portion of the present invention.
For example, the method introduced in the book “High Frequency Continuous Time Filters in Digital CMOS Processes” by Pavan and Tsividis (FIG. 3.11-13) is also applicable to the present invention, and details thereof will not be discussed here. The essence of the present invention is that the virtual ground of the OTA input is a current sink from the -2R resistor network 12.

<第2実施形態>
図3は、本発明に係るフィルタ回路の第2の実施形態を示す回路図である。
Second Embodiment
FIG. 3 is a circuit diagram showing a second embodiment of the filter circuit according to the present invention.

本第2の実施形態に係るフィルタ回路10Aが第1の実施形態に係るフィルタ回路10と異なる点は、R−2R抵抗回路網12の電流出力ラインにOTAを接続する代わりにカレントフォロワ15の入力端子を接続し、カレントフォロワ(CF)15の出力端子と低インピーダンスアナログ中点(グラウンド電位)との間に積分器容量14を接続したことにある。   The filter circuit 10A according to the second embodiment is different from the filter circuit 10 according to the first embodiment in that an input of the current follower 15 is input instead of connecting an OTA to the current output line of the R-2R resistor network 12. This is because an integrator capacitor 14 is connected between the output terminal of the current follower (CF) 15 and the low impedance analog midpoint (ground potential).

本第2の実施形態において、R−2R抵抗回路網12では各分岐電流がそれぞれ次段のカレントフォロア15に流れる経路と低インピーダンスアナログ中点(グラウンド電位)に流れる経路があり、各分岐電流ごとにディジタルコントロールビットBn〜B0 によって経路選択が可能となっている。ここに設定ビット幅n+1は任意であり、設定法は第1の実施形態と同じである。 In the second embodiment, the R-2R resistor network 12 has a path through which each branch current flows to the current follower 15 in the next stage and a path through which the branch current flows to a low impedance analog midpoint (ground potential). and it enables routing by the digital control bit Bn~B 0 to. Here, the setting bit width n + 1 is arbitrary, and the setting method is the same as in the first embodiment.

すなわち一般化すると、カレントフォロア15の電流ゲインが1の場合、積分器のユニティゲイン周波数は次式で表される。   That is, when generalized, when the current gain of the current follower 15 is 1, the unity gain frequency of the integrator is expressed by the following equation.

Figure 2005295460
Figure 2005295460

これは、(1/2n+1 )(Gm1)/Cfから((2n+1 −1)/2n+1 ))(Gm1)/Cfまで(1/2n+1 )(Gm1)/Cfきざみで可変できることを示している。
したがって、設定ビット幅を高々7(n=6)とすることで、容易に100倍以上の特性周波数可変幅を実現することができる。
This is from (1/2 n + 1 ) (Gm1) / Cf to ((2 n + 1 -1) / 2 n + 1 )) (Gm1) / Cf (1/2 n + 1 ) (Gm1) / Cf indicates that it can be changed in steps.
Therefore, by setting the set bit width to 7 (n = 6) at most, a characteristic frequency variable width of 100 times or more can be easily realized.

すなわち、上記積分器を要素にフィルタを構成(Gm-R2R-CF-Cフィルタ)することで、総回路規模が著しく増大せず、簡便な方法で、カットオフ周波数、極(pole)、ゼロ(zero)といったフィルタ特性周波数を100倍以上にわたり、しかも信号帯域幅の1%程度の微小な分解能によって可変できるフィルタが実現できる。
また、カレントフォロアの入出力電流比、すなわち電流ゲインを可変とすることで、更に特性周波数可変幅を広げることが可能である。
In other words, by constructing a filter (Gm-R2R-CF-C filter) using the integrator as an element, the total circuit scale does not increase remarkably, and the cutoff frequency, pole, zero ( It is possible to realize a filter that can change the filter characteristic frequency such as zero) by 100 times or more and with a minute resolution of about 1% of the signal bandwidth.
Further, by making the input / output current ratio of the current follower, that is, the current gain variable, it is possible to further widen the characteristic frequency variable range.

また、ここでは簡単のためシングルエンド構成で示したが、第1の実施形態と同様に、図4に示すように、シングルエンド構成と等価な差動回路で構成するのが実用的である。この場合はカレントフォロア15の低インピーダンス入力電位で、トランスコンダクタンス(Gm1)11の出力同相電位、R−2R抵抗回路網12の同相電位を設定することができる。   In addition, here, for simplicity, a single-ended configuration is shown. However, as in the first embodiment, as shown in FIG. 4, it is practical to use a differential circuit equivalent to the single-ended configuration. In this case, the low-impedance input potential of the current follower 15 can set the output common-mode potential of the transconductance (Gm1) 11 and the common-mode potential of the R-2R resistor network 12.

<第3実施形態>
図5は、本発明に係るフィルタ回路の第3の実施形態を示す回路図である。
<Third Embodiment>
FIG. 5 is a circuit diagram showing a third embodiment of the filter circuit according to the present invention.

本第3の実施形態においては、第1の実施形態と第2の実施形態を合わせた方式を採っている。
すなわち、第2の実施形態の積分器容量部分を、第1の実施形態のようにOTA−Cで実現することもできる(Gm-R2R-CF-OTA-Cフィルタ)。具体的には、カレントフォロワ15の出力端子にOTA13の入力端子を接続し、OTA13の入力端子と出力端子との間に積分器容量14を接続している。
In the third embodiment, a method in which the first embodiment and the second embodiment are combined is adopted.
That is, the integrator capacity portion of the second embodiment can be realized by OTA-C as in the first embodiment (Gm-R2R-CF-OTA-C filter). Specifically, the input terminal of the OTA 13 is connected to the output terminal of the current follower 15, and the integrator capacitor 14 is connected between the input terminal and the output terminal of the OTA 13.

第3の実施形態の利点は、カレントフォロア(CF)15で入力インピーダンスを十分下げることができ、その上、OTA13によって積分器のDCゲインを極めて大きく設定できること、すなわち第1Pole周波数を低く設定することが可能で、これによってR−2Rの段数を増やし特性周波数を低く設定しても良好な積分器特性を確保できることである。   The advantage of the third embodiment is that the input impedance can be sufficiently lowered by the current follower (CF) 15, and that the DC gain of the integrator can be set very large by the OTA 13, that is, the first pole frequency is set low. Thus, even if the number of R-2R stages is increased and the characteristic frequency is set low, good integrator characteristics can be secured.

また、第1〜3の実施形態に共通して、R−2R抵抗回路網12の入力インピーダンスは、Rであることから、トランスコンダクタンス(Gm1)11の等価トランスコンダクタンスは、gm1/((R/ZO1)+1)と表せる。
ここに、ZO1はトランスコンダクタンス(Gm1)11の出力インピーダンスである。このことから、等価トランスコンダクタンスを下げずに、また、出力インピーダンスZO1の変動の影響を回避するために、RはZO1に対して十分小さいことが望ましい。
この結果、R−2R抵抗回路網は明示して抵抗素子をスイッチ切り替えするのではなく、MOSスイッチ自体のオン抵抗のみで実現する方がRの値を低減でき、有利である。
また、このとき、トランスコンダクタンス(Gm1)11の出力ノードでの信号電圧振幅も低減でき、これは同時にMOSスイッチのオン抵抗を線形性の良好な振幅領域で使うことができるという点でも有利である。
Since the input impedance of the R-2R resistor network 12 is R in common with the first to third embodiments, the equivalent transconductance of the transconductance (Gm1) 11 is g m1 / ((R / Z O1 ) +1).
Here, Z O1 is the output impedance of the transconductance (Gm1) 11. From this, it is desirable that R is sufficiently small with respect to Z O1 without lowering the equivalent transconductance and avoiding the influence of fluctuations in the output impedance Z O1 .
As a result, it is advantageous that the R-2R resistor network is realized by only the on-resistance of the MOS switch itself, rather than explicitly switching the resistor elements, and the value of R can be reduced.
At this time, the signal voltage amplitude at the output node of the transconductance (Gm1) 11 can also be reduced, which is advantageous in that the on-resistance of the MOS switch can be used in an amplitude region with good linearity. .

図6は、第1〜3の実施形態それぞれの積分器特性と各特性パラメータを示す図である。図6において、横軸が周波数を、縦軸が相対レベルをそれぞれ示している。
ここで、ω0 はユニティゲイン周波数、ωP1、ωP2、ωP3はそれぞれ第1、第2、第3の実施形態における第1Pole周波数、gm1、ZO1は初段トランスコンダクタのトランスコンダクタンスおよび出力インピーダンス、Rは2−2R抵抗回路網の入力抵抗、ZOCF はカレントフォロア(CF)15の出力インピーダンス、gm2、ZO2はOTA13のトランスコンダクタンスおよび出力インピーダンス、Cfは積分器容量を示している。
なお、この特性図は前出の通り、OTA−Cの高域位相特性をPole-Zeroキャンセルによって改善した例である。
FIG. 6 is a diagram illustrating integrator characteristics and characteristic parameters of the first to third embodiments. In FIG. 6, the horizontal axis indicates the frequency, and the vertical axis indicates the relative level.
Here, ω 0 is the unity gain frequency, ω P1 , ω P2 and ω P3 are the first Pole frequencies in the first, second and third embodiments, respectively, g m1 and Z O1 are the transconductance and output of the first-stage transconductor. Impedance, R is the input resistance of the 2-2R resistor network, Z OCF is the output impedance of the current follower (CF) 15, g m2 , Z O2 are the transconductance and output impedance of the OTA 13, and Cf is the integrator capacitance .
This characteristic diagram is an example in which the high-frequency phase characteristic of OTA-C is improved by Pole-Zero cancellation as described above.

図7は、本発明の積分器によって構成した等化フィルタのゲイン特性を示す図である。図7において、横軸が周波数を、縦軸が相対レベルをそれぞれ示している。
図7からわかるように、特性周波数コントロールビットの設定により容易に100倍以上の特性周波数可変幅が得られている。
なお、図の例は特性周波数コントロールビットの内、順次一つだけを1とし、残りを全て0とした場合で、周波数可変ステップがフィルタ特性周波数に対し対数リニアとなっている。勿論、コントロールビットの設定を任意の組み合わせとすることで、前出の通り、特性周波数を(1/2n+1 )(Gm1)/Cfから((2n+1 −1)/2n+1 ))(Gm1)/Cfまで(1/2n+1 )(Gm1)/Cfきざみで可変できる。
FIG. 7 is a diagram showing the gain characteristics of the equalization filter configured by the integrator of the present invention. In FIG. 7, the horizontal axis indicates the frequency, and the vertical axis indicates the relative level.
As can be seen from FIG. 7, a characteristic frequency variable width of 100 times or more can be easily obtained by setting the characteristic frequency control bit.
In the example shown in the figure, only one of the characteristic frequency control bits is sequentially set to 1, and the rest are all set to 0. The frequency variable step is logarithmically linear with respect to the filter characteristic frequency. Of course, by setting the control bits to any combination, the characteristic frequency is changed from (1/2 n + 1 ) (Gm1) / Cf to ((2 n + 1 −1) / 2 n + as described above. 1 )) Variable to (Gm1) / Cf in steps of (1/2 n + 1 ) (Gm1) / Cf.

本発明に係るフィルタ回路の第1の実施形態を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a first embodiment of a filter circuit according to the present invention. 図1のフィルタ回路を差動構成とした回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram in which the filter circuit of FIG. 1 has a differential configuration. 本発明に係るフィルタ回路の第2の実施形態を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows 2nd Embodiment of the filter circuit based on this invention. 図3のフィルタ回路を差動構成とした回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram in which the filter circuit of FIG. 3 has a differential configuration. 本発明に係るフィルタ回路の第3の実施形態を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows 3rd Embodiment of the filter circuit based on this invention. 第1〜3の実施形態それぞれの積分器特性と各特性パラメータを示す図である。It is a figure which shows the integrator characteristic and each characteristic parameter of each of the first to third embodiments. 本発明の積分器によって構成した等化フィルタのゲイン特性を示す図である。It is a figure which shows the gain characteristic of the equalization filter comprised by the integrator of this invention. 従来の特性周波数可変方法の第1例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 1st example of the conventional characteristic frequency variable method. 従来の特性周波数可変方法の第2例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 2nd example of the conventional characteristic frequency variable method.

符号の説明Explanation of symbols

10,10A,10B…フィルタ回路、11…トランスコンダクタンス(Gm1)、R−2R抵抗回路網、121…電流伝搬ライン、122−n〜122−0…分岐ノード、123−n〜123−1…第1の抵抗素子、124−n〜124−0…第2の抵抗素子、125…第3の抵抗素子、126−n〜126−0…スイッチ回路、127…電流出力ライン、13…オペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ(OTA)、14…積分器容量、15…カレントフォロワ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 10A, 10B ... Filter circuit, 11 ... Transconductance (Gm1), R-2R resistance network, 121 ... Current propagation line, 122-n to 122-0 ... Branch node, 123-n to 123-1 ... 1 resistor element, 124-n to 124-0 ... second resistor element, 125 ... third resistor element, 126-n to 126-0 ... switch circuit, 127 ... current output line, 13 ... operational transconductance amplifier (OTA), 14 ... integrator capacity, 15 ... current follower.

Claims (27)

入力電圧に比例した電流を出力するトランスコンダクタンスと、
(n+1)ビットの幅の特性周波数設定ビットデータに応じて、上記トランスコンダクタンスの出力電流の特性周波数を(n+1)のビット幅の精度で可変とする抵抗回路網と、
上記抵抗回路網の電流出力ラインに入力端子が接続されたオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプと、
上記オペレーショナルトランスコンダクタンスアンプの入力端子と出力端子との間に接続された積分器容量と、を有し、
上記抵抗回路網は、
上記トランスコンダクタンスの出力電流を伝搬させる電流伝搬ラインに形成された(n+1)個の分岐ノードと、
上記各分岐ノード間にそれぞれ接続されたn個の第1の抵抗素子と、
対応する上記分岐ノードに一端がそれぞれ接続された(n+1)個の第2の抵抗素子と、
最終段の上記分岐ノードと低インピーダンスアナログ中点電位との間に接続された第3の抵抗素子と、
上記(n+1)ビットの幅の特性周波数設定ビットデータの対応するビットデータにより、対応する上記第2の抵抗素子の他端を上記電流出力ラインまたは低インピーダンスアナログ中点電位に接続する(n+1)個のスイッチ回路と、を含み、
上記第2および第3の抵抗素子の抵抗値は、上記第1の抵抗素子の抵抗値の複数倍に設定されている
フィルタ回路。
A transconductance that outputs a current proportional to the input voltage;
(N + 1) bit width characteristic frequency setting Resistor network that varies the characteristic frequency of the output current of the transconductance with the accuracy of the bit width of (n + 1) according to bit data,
An operational transconductance amplifier having an input terminal connected to the current output line of the resistor network;
An integrator capacitor connected between an input terminal and an output terminal of the operational transconductance amplifier,
The resistor network is
(N + 1) branch nodes formed in a current propagation line for propagating the output current of the transconductance;
N first resistance elements respectively connected between the branch nodes;
(N + 1) second resistance elements each having one end connected to the corresponding branch node;
A third resistance element connected between the branch node at the final stage and the low impedance analog midpoint potential;
The (n + 1) -bit width characteristic frequency setting bit data corresponding to the bit data corresponding to the other end of the corresponding second resistance element is connected to the current output line or the low impedance analog midpoint potential (n + 1). And a switch circuit of
The filter circuit in which the resistance values of the second and third resistance elements are set to a multiple of the resistance value of the first resistance element.
上記トランスコンダクタンス、抵抗回路網、オペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ、および積分器容量のすべてが差動構成を有し、
上記トランスコンダクタンスの出力から上記抵抗回路網、および上記オペレーショナルトランスコンダクタンスアンプの入力の同相電位が、上記トランスコンダクタンスの出力部に設けられたコモンモードフィードバック回路により設定される
請求項1記載のフィルタ回路。
The transconductance, resistive network, operational transconductance amplifier, and integrator capacitance all have a differential configuration,
2. The filter circuit according to claim 1, wherein the common-mode potential of the input of the resistance network and the operational transconductance amplifier is set by a common mode feedback circuit provided at the output of the transconductance from the output of the transconductance.
上記抵抗回路網のスイッチ回路は、電界効果トランジスタによるアナログスイッチを含む
請求項1記載のフィルタ回路。
The filter circuit according to claim 1, wherein the switch circuit of the resistor network includes an analog switch using a field effect transistor.
上記抵抗回路網のスイッチ回路は、電界効果トランジスタによるアナログスイッチを含む
請求項2記載のフィルタ回路。
The filter circuit according to claim 2, wherein the switch circuit of the resistor network includes an analog switch using a field effect transistor.
上記抵抗回路網のスイッチ回路、並びに第1、第2、および第3の抵抗素子は、電界効果トランジスタによるアナログスイッチおよび当該電界効果トランジスタのオン抵抗によって形成されている
請求項1記載のフィルタ回路。
2. The filter circuit according to claim 1, wherein the switch circuit of the resistor circuit network and the first, second, and third resistor elements are formed by an analog switch using a field effect transistor and an on-resistance of the field effect transistor.
上記抵抗回路網のスイッチ回路、並びに第1、第2、および第3の抵抗素子は、電界効果トランジスタによるアナログスイッチおよび当該電界効果トランジスタのオン抵抗によって形成されている
請求項2記載のフィルタ回路。
3. The filter circuit according to claim 2, wherein the switch circuit of the resistor network and the first, second, and third resistor elements are formed by an analog switch using a field effect transistor and an on-resistance of the field effect transistor.
上記低インピーダンスアナログ中点電位は、分岐後の正相ノードと逆相ノードとをそれぞれ短絡することで、差動信号における低インピーダンス接続によって形成される
請求項2記載のフィルタ回路。
The filter circuit according to claim 2, wherein the low-impedance analog midpoint potential is formed by a low-impedance connection in a differential signal by short-circuiting the branched positive-phase node and the negative-phase node.
上記低インピーダンスアナログ中点電位は、分岐後の正相ノードと逆相ノードとをそれぞれ短絡することで、差動信号における低インピーダンス接続によって形成される
請求項4記載のフィルタ回路。
The filter circuit according to claim 4, wherein the low-impedance analog midpoint potential is formed by a low-impedance connection in a differential signal by short-circuiting the positive-phase node and the negative-phase node after branching.
上記低インピーダンスアナログ中点電位は、分岐後の正相ノードと逆相ノードとをそれぞれ短絡することで、差動信号における低インピーダンス接続によって形成される
請求項6記載のフィルタ回路。
The filter circuit according to claim 6, wherein the low-impedance analog midpoint potential is formed by a low-impedance connection in a differential signal by short-circuiting the positive-phase node and the negative-phase node after branching.
入力電圧に比例した電流を出力するトランスコンダクタンスと、
(n+1)ビットの幅の特性周波数設定ビットデータに応じて、上記トランスコンダクタンスの出力電流の特性周波数を(n+1)のビット幅の精度で可変とする抵抗回路網と、
上記抵抗回路網の電流出力ラインに入力端子が接続されたカレントフォロワと、
上記カレントフォロワの出力端子に接続された積分器容量と、を有し、
上記抵抗回路網は、
上記トランスコンダクタンスの出力電流を伝搬させる電流伝搬ラインに形成された(n+1)個の分岐ノードと、
上記各分岐ノード間にそれぞれ接続されたn個の第1の抵抗素子と、
対応する上記分岐ノードに一端がそれぞれ接続された(n+1)個の第2の抵抗素子と、
最終段の上記分岐ノードと低インピーダンスアナログ中点電位との間に接続された第3の抵抗素子と、
上記(n+1)ビットの幅の特性周波数設定ビットデータの対応するビットデータにより、対応する上記第2の抵抗素子の他端を上記電流出力ラインまたは低インピーダンスアナログ中点電位に接続する(n+1)個のスイッチ回路と、を含み、
上記第2および第3の抵抗素子の抵抗値は、上記第1の抵抗素子の抵抗値の複数倍に設定されている
フィルタ回路。
A transconductance that outputs a current proportional to the input voltage;
(N + 1) bit width characteristic frequency setting Resistor network that varies the characteristic frequency of the output current of the transconductance with the accuracy of the bit width of (n + 1) according to bit data,
A current follower having an input terminal connected to the current output line of the resistor network;
An integrator capacitor connected to the output terminal of the current follower,
The resistor network is
(N + 1) branch nodes formed in a current propagation line for propagating the output current of the transconductance;
N first resistance elements respectively connected between the branch nodes;
(N + 1) second resistance elements each having one end connected to the corresponding branch node;
A third resistance element connected between the branch node at the final stage and the low impedance analog midpoint potential;
The (n + 1) -bit width characteristic frequency setting bit data corresponding to the bit data corresponding to the other end of the corresponding second resistance element is connected to the current output line or the low impedance analog midpoint potential (n + 1). And a switch circuit of
The filter circuit in which the resistance values of the second and third resistance elements are set to a multiple of the resistance value of the first resistance element.
上記トランスコンダクタンス、抵抗回路網、カレントフォロワ、および積分器容量のすべてが差動構成を有し、
上記トランスコンダクタンスの出力から上記抵抗回路網、および上記カレントフォロワの入力の同相電位が、上記カレントフォロワの入力端子の同相電位によって設定される
請求項10記載のフィルタ回路。
The transconductance, resistor network, current follower, and integrator capacitance all have a differential configuration,
The filter circuit according to claim 10, wherein the common-mode potential of the input of the resistor network and the current follower is set by the common-mode potential of the input terminal of the current follower from the output of the transconductance.
上記抵抗回路網のスイッチ回路は、電界効果トランジスタによるアナログスイッチを含む
請求項10記載のフィルタ回路。
The filter circuit according to claim 10, wherein the switch circuit of the resistor network includes an analog switch using a field effect transistor.
上記抵抗回路網のスイッチ回路は、電界効果トランジスタによるアナログスイッチを含む
請求項11記載のフィルタ回路。
The filter circuit according to claim 11, wherein the switch circuit of the resistor network includes an analog switch using a field effect transistor.
上記抵抗回路網のスイッチ回路、並びに第1、第2、および第3の抵抗素子は、電界効果トランジスタによるアナログスイッチおよび当該電界効果トランジスタのオン抵抗によって形成されている
請求項10記載のフィルタ回路。
The filter circuit according to claim 10, wherein the switch circuit of the resistor network and the first, second, and third resistor elements are formed by an analog switch using a field effect transistor and an on-resistance of the field effect transistor.
上記抵抗回路網のスイッチ回路、並びに第1、第2、および第3の抵抗素子は、電界効果トランジスタによるアナログスイッチおよび当該電界効果トランジスタのオン抵抗によって形成されている
請求項11記載のフィルタ回路。
12. The filter circuit according to claim 11, wherein the switch circuit of the resistor network and the first, second, and third resistor elements are formed by an analog switch using a field effect transistor and an on-resistance of the field effect transistor.
上記低インピーダンスアナログ中点電位は、分岐後の正相ノードと逆相ノードとをそれぞれ短絡することで、差動信号における低インピーダンス接続によって形成される
請求項11記載のフィルタ回路。
The filter circuit according to claim 11, wherein the low-impedance analog midpoint potential is formed by a low-impedance connection in a differential signal by short-circuiting the positive-phase node and the negative-phase node after branching.
上記低インピーダンスアナログ中点電位は、分岐後の正相ノードと逆相ノードとをそれぞれ短絡することで、差動信号における低インピーダンス接続によって形成される
請求項13記載のフィルタ回路。
The filter circuit according to claim 13, wherein the low-impedance analog midpoint potential is formed by low-impedance connection in a differential signal by short-circuiting the positive-phase node and the negative-phase node after branching.
上記低インピーダンスアナログ中点電位は、分岐後の正相ノードと逆相ノードとをそれぞれ短絡することで、差動信号における低インピーダンス接続によって形成される
請求項15記載のフィルタ回路。
The filter circuit according to claim 15, wherein the low-impedance analog midpoint potential is formed by low-impedance connection in a differential signal by short-circuiting the positive-phase node and the negative-phase node after branching.
入力電圧に比例した電流を出力するトランスコンダクタンスと、
(n+1)ビットの幅の特性周波数設定ビットデータに応じて、上記トランスコンダクタンスの出力電流の特性周波数を(n+1)のビット幅の精度で可変とする抵抗回路網と、
上記抵抗回路網の電流出力ラインに入力端子が接続されたカレントフォロワと、
上記カレントフォロワの出力端子に入力端子が接続されたオペレーショナルトランスコンダクタンスアンプと、
上記オペレーショナルトランスコンダクタンスアンプの入力端子と出力端子との間に接続された積分器容量と、を有し、
上記抵抗回路網は、
上記トランスコンダクタンスの出力電流を伝搬させる電流伝搬ラインに形成された(n+1)個の分岐ノードと、
上記各分岐ノード間にそれぞれ接続されたn個の第1の抵抗素子と、
対応する上記分岐ノードに一端がそれぞれ接続された(n+1)個の第2の抵抗素子と、
最終段の上記分岐ノードと低インピーダンスアナログ中点電位との間に接続された第3の抵抗素子と、
上記(n+1)ビットの幅の特性周波数設定ビットデータの対応するビットデータにより、対応する上記第2の抵抗素子の他端を上記電流出力ラインまたは低インピーダンスアナログ中点電位に接続する(n+1)個のスイッチ回路と、を含み、
上記第2および第3の抵抗素子の抵抗値は、上記第1の抵抗素子の抵抗値の複数倍に設定されている
フィルタ回路。
A transconductance that outputs a current proportional to the input voltage;
(N + 1) bit width characteristic frequency setting Resistor network that varies the characteristic frequency of the output current of the transconductance with the accuracy of the bit width of (n + 1) according to bit data,
A current follower having an input terminal connected to the current output line of the resistor network;
An operational transconductance amplifier having an input terminal connected to the output terminal of the current follower;
An integrator capacitor connected between an input terminal and an output terminal of the operational transconductance amplifier,
The resistor network is
(N + 1) branch nodes formed in a current propagation line for propagating the output current of the transconductance;
N first resistance elements respectively connected between the branch nodes;
(N + 1) second resistance elements each having one end connected to the corresponding branch node;
A third resistance element connected between the branch node at the final stage and the low impedance analog midpoint potential;
The (n + 1) -bit width characteristic frequency setting bit data corresponding to the bit data corresponding to the other end of the corresponding second resistance element is connected to the current output line or the low impedance analog midpoint potential (n + 1). And a switch circuit of
The filter circuit in which the resistance values of the second and third resistance elements are set to a multiple of the resistance value of the first resistance element.
上記トランスコンダクタンス、抵抗回路網、カレントフォロワ、オペレーショナルトランスコンダクタンスアンプ、および積分器容量のすべてが差動構成を有し、
上記トランスコンダクタンスの出力から上記抵抗回路網、および上記カレントフォロワの入力の同相電位が、上記カレントフォロワの入力端子の同相電位によって設定される
請求項19記載のフィルタ回路。
All of the above transconductance, resistor network, current follower, operational transconductance amplifier, and integrator capacitance have a differential configuration,
The filter circuit according to claim 19, wherein the common-mode potential of the input of the resistor network and the current follower is set by the common-mode potential of the input terminal of the current follower from the output of the transconductance.
上記抵抗回路網のスイッチ回路は、電界効果トランジスタによるアナログスイッチを含む
請求項19記載のフィルタ回路。
The filter circuit according to claim 19, wherein the switch circuit of the resistor network includes an analog switch using a field effect transistor.
上記抵抗回路網のスイッチ回路は、電界効果トランジスタによるアナログスイッチを含む
請求項20記載のフィルタ回路。
The filter circuit according to claim 20, wherein the switch circuit of the resistor network includes an analog switch using a field effect transistor.
上記抵抗回路網のスイッチ回路、並びに第1、第2、および第3の抵抗素子は、電界効果トランジスタによるアナログスイッチおよび当該電界効果トランジスタのオン抵抗によって形成されている
請求項19記載のフィルタ回路。
The filter circuit according to claim 19, wherein the switch circuit of the resistor network and the first, second, and third resistor elements are formed by an analog switch using a field effect transistor and an on-resistance of the field effect transistor.
上記抵抗回路網のスイッチ回路、並びに第1、第2、および第3の抵抗素子は、電界効果トランジスタによるアナログスイッチおよび当該電界効果トランジスタのオン抵抗によって形成されている
請求項20記載のフィルタ回路。
The filter circuit according to claim 20, wherein the switch circuit of the resistor circuit network, and the first, second, and third resistor elements are formed by an analog switch using a field effect transistor and an on-resistance of the field effect transistor.
上記低インピーダンスアナログ中点電位は、分岐後の正相ノードと逆相ノードとをそれぞれ短絡することで、差動信号における低インピーダンス接続によって形成される
請求項20記載のフィルタ回路。
The filter circuit according to claim 20, wherein the low-impedance analog midpoint potential is formed by a low-impedance connection in a differential signal by short-circuiting the positive-phase node and the negative-phase node after branching.
上記低インピーダンスアナログ中点電位は、分岐後の正相ノードと逆相ノードとをそれぞれ短絡することで、差動信号における低インピーダンス接続によって形成される
請求項22記載のフィルタ回路。
The filter circuit according to claim 22, wherein the low-impedance analog midpoint potential is formed by low-impedance connection in a differential signal by short-circuiting the branched positive-phase node and the negative-phase node.
上記低インピーダンスアナログ中点電位は、分岐後の正相ノードと逆相ノードとをそれぞれ短絡することで、差動信号における低インピーダンス接続によって形成される
請求項24記載のフィルタ回路。
The filter circuit according to claim 24, wherein the low-impedance analog midpoint potential is formed by a low-impedance connection in a differential signal by short-circuiting the positive-phase node and the negative-phase node after branching.
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